DE102016207655A1 - Fluid supply system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Fluidversorgungssystem (1). Erfindungsgemäß vorgesehen ist – ein in einem Kontrollkanal (6) angeordnetes Bypassventil (7) mit einem Ventilkörper (8), der zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung verstellbar ist, – wobei der Ventilkörper (8) den Kontrollkanal (6) in einen ersten und einen zweiten Raum (10,11) trennt und eine Leckageöffnung (12) aufweist, die den ersten Raum (10) mit dem zweiten Raum (11) verbindet, – wobei im zweiten Raum (11) ein Federelement (13) angeordnet ist, das den Ventilkörper (8) in seine zweite Stellung vorspannt, – wobei der zweite Raum (11) über einen Leckagekanal (14) mit einem Fluidreservoir (9) verbunden ist, – wobei in dem Leckagekanal (14) ein schaltbares Ventil (15) zum zumindest teilweise Öffnen/Schließen des Leckagekanals (14) angeordnet ist, – wobei eine Erfassungseinrichtung (16) und eine Steuerungseinrichtung (18) vorgesehen sind, die das Ventil (15) bei Erreichen einer vordefinierten Eigenschaft schließt und damit den Leckagekanal (14) sperrt.The invention relates to a fluid supply system (1). According to the invention - a bypass valve (7) arranged in a control channel (6) with a valve body (8) which is adjustable between a first and a second position, - wherein the valve body (8) the control channel (6) in a first and a second space (10,11) separates and a leakage opening (12) which connects the first space (10) with the second space (11), - wherein in the second space (11) a spring element (13) is arranged, the the valve body (8) biases into its second position, - wherein the second space (11) via a leakage channel (14) with a fluid reservoir (9) is connected, - wherein in the leakage channel (14) a switchable valve (15) for at least Partial opening / closing of the leakage channel (14) is arranged, - wherein a detection device (16) and a control device (18) are provided which closes the valve (15) upon reaching a predefined property and thus the leakage channel (14) blocks.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fluidversorgungssystem mit einer Komponente gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem solchen Fluidversorgungssystem.The present invention relates to a fluid supply system with a component according to the preamble of claim 1. The invention also relates to an internal combustion engine with at least one such fluid supply system.
Aus der
Aus der
Fluidversorgungssysteme in Brennkraftmaschinen, beispielsweise Ölfiltermodule, werden üblicherweise mit einem Kühler ausgestattet, um im Betrieb das Fluid, insbesondere das Öl, vor Schäden wegen zu hohen Temperaturen zu bewahren. Im kalten Zustand steigt jedoch der Druckverlust des kalten Fluides aufgrund der geänderten Fließeigenschaften, weshalb üblicherweise ein mit einem Dehnstoffelement ausgestattetes Bypassventil vorgesehen wird, das bei Unterschreiten bzw. bis zum Erreichen einer vordefinierten Temperatur einen Fluidstrom am Kühler vorbeiführt und erst bei Erreichen der vordefinierten Temperatur den Fluidstrom durch den Kühler, beispielsweise den Ölkühler, leitet. Hierdurch soll auch im kalten Zustand eine ausreichende Schmierung, beispielsweise einer Brennkraftmaschine oder von Lagerstellen, erreicht werden. Fluid supply systems in internal combustion engines, for example oil filter modules, are usually equipped with a cooler in order to protect the fluid, in particular the oil, from damage due to excessive temperatures during operation. In the cold state, however, the pressure loss of the cold fluid increases due to the changed flow properties, which is why usually provided with an expansion element bypass valve is provided which falls below or until reaching a predefined temperature a fluid flow past the radiator and only when reaching the predefined temperature the Fluid flow through the radiator, such as the oil cooler, conducts. As a result, adequate lubrication, for example, an internal combustion engine or bearings to be achieved even when cold.
Alternativ zu den erwähnten Dehnstoffelementen können auch sogenannte Bimetallschalter oder FGL-Schalter eingesetzt werden, wobei sämtliche temperaturabhängigen Bypassschaltungen aufgrund der verwendeten Schalter, beispielsweise der Dehnstoffelemente, vergleichsweise aufwändig und teuer sind und darüber hinaus eine gewisse Trägheit besitzen, wodurch ein schnelles Schalten unmöglich wird. Besonders Bypassventile mit sogenannten Wachsdehnstoffelementen, benötigen darüber hinaus in der Regel mindestens eine Temperaturdifferenz von 10 Kelvin, um den Arbeitshub zu erreichen. As an alternative to the mentioned expansion elements also so-called bimetallic switches or FGL switches can be used, wherein all temperature-dependent bypass circuits due to the switch used, for example, the expansion elements, are relatively complex and expensive and also have a certain inertia, whereby a fast switching is impossible. In particular, bypass valves with so-called Wachsdehnstoffelementen, moreover, usually require at least a temperature difference of 10 Kelvin to reach the working stroke.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, ein verbessertes Fluidversorgungssystem mit einer Bypassschaltung anzugeben, die insbesondere konstruktiv einfach, kostengünstig und schnell schaltend ausgebildet ist.The present invention therefore deals with the problem of providing an improved fluid supply system with a bypass circuit, which is designed in particular structurally simple, inexpensive and fast switching.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved according to the invention by the subject matter of independent claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, für eine Bypassschaltung anstelle der hierfür bislang verwendeten Dehnstoffelemente nunmehr ein schaltbares Ventil, insbesondere ein Magnetventil, einzusetzen, dieses jedoch aufgrund seines vergleichsweise kleinen Arbeitshubes nicht direkt zur Schaltung eines Ventilkörpers des Bypassventils zu nutzen, sondern zum Öffnen bzw. Schließen eines Leckagekanals, der die zum Schalten des Ventilkörpers des Bypassventils erforderlichen Druckverhältnisse beeinflusst. Über das erfindungsgemäß vorgesehene Ventil wird somit kein Verstellen des Ventilkörpers selbst, sondern nur ein Beeinflussen der Druckverhältnisse bewirkt, die zum schnellen Verstellen des Ventilkörpers des Bypassventils führen. Das erfindungsgemäße Fluidversorgungssystem weist dabei eine Komponente, beispielsweise eine Filtereinrichtung zum Filtern des Fluids oder einen Kühler zum Kühlen des Fluids sowie einen diese Komponente umgehenden Bypasskanal auf. In einem Kontrollkanal ist dabei ein Bypassventil mit einem Ventilkörper angeordnet, der zumindest zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung verstellbar ist und der in der ersten Stellung einen Fluidzufluss zur Komponente und in der zweiten Stellung einen Fluidfluss durch den Bypasskanal absperrt, oder umgekehrt. Zwischen den beiden Stellungen sind dabei selbstverständlich auch Zwischenstellungen möglich, in welchen ein Teilfluidstrom zur Komponente und ein Teilfluidstrom durch den Bypasskanal strömen. Der Ventilkörper des Bypassventils trennt dabei den Kontrollkanal in einen ersten und einen zweiten Raum und weist eine Leckageöffnung auf, die den ersten Raum mit dem zweiten Raum verbindet. Im zweiten Raum ist ein Federelement angeordnet, welches den Ventilkörper in seine zweite Stellung vorspannt, wobei der zweite Raum über einen Leckagekanal mit einem Fluidreservoir verbunden ist. In diesem Leckagekanal ist das erfindungsgemäße schaltbare Ventil, insbesondere das Magnetventil, vorgesehen, mittels welchem der Leckagekanal geöffnet bzw. geschlossen werden kann. Ebenfalls vorgesehen ist eine Erfassungseinrichtung, die eine Eigenschaft, beispielsweise eine Temperatur, des Fluids erfasst und an eine Steuerungseinrichtung übermittelt, die wiederum derart ausgebildet ist, dass sie das Ventil bei Erreichen einer vordefinierten Temperatur schließt und damit den Leckagekanal sperrt. Erfassungseinrichtung und Steuerungseinrichtung können dabei selbstverständlich auch in einem Dehnstoffelement zusammengefasst sein. Mit dem erfindungsgemäßen Fluidversorgungssystem kann somit auf konstruktiv einfache und kostengünstige Weise ein schnell schaltendes Bypassventil geschaffen werden, dessen Schaltbewegung ausschließlich von der Federkraft des Federelements, der Stellung des Ventils und dem Druck des Fluids im ersten und zweiten Raum abhängt. Im Vergleich zu einem Dehnstoffelement kann dabei das Ventil vergleichsweise schnell schalten und damit die im zweiten Raum herrschenden Druckverhältnisse schnell beeinflussen, wodurch wiederum aufgrund der beispielsweise zwischen dem ersten und dem zweiten Raum herrschenden Druckdifferenz und der Federkraft ein schnelles Schalten des Ventilkörpers und damit des Bypassventils möglich sind. Von großem Vorteil ist dabei, dass zum Sperren des Leckagekanals ein bereits sehr kleiner Ventilhub des Ventils ausreicht, der von einem solchen Ventil bewerkstelligt werden kann, da der Leckagekanal im Vergleich zum Kontrollkanal einen sehr kleinen Querschnitt besitzt. Über die vergleichsweise kleine Stellbewegung des Ventils bzw. dessen Ventilkörpers kann somit ein großer Querschnitt des Kontrollkanals über den Ventilkörper des Bypassventils geschaltet werden.The present invention is based on the general idea to use for a bypass circuit instead of the expansion elements previously used for this purpose now a switchable valve, in particular a solenoid valve to use this but not directly to the circuit of a valve body of the bypass valve due to its relatively small stroke, but to open or closing a leakage channel, which influences the pressure conditions required for switching the valve body of the bypass valve. About the inventively provided valve thus no adjustment of the valve body itself, but only an influencing of the pressure conditions is effected, which lead to rapid adjustment of the valve body of the bypass valve. The fluid supply system according to the invention in this case has a component, for example a filter device for filtering the fluid or a cooler for cooling the fluid and a bypass channel bypassing this component. In a control channel, a bypass valve is arranged with a valve body which is adjustable at least between a first and a second position and which shuts off in the first position, a fluid flow to the component and in the second position, a fluid flow through the bypass channel, or vice versa. Of course, intermediate positions are also possible between the two positions in which a partial fluid flow to the component and a partial fluid flow flow through the bypass channel. The valve body of the bypass valve separates the control channel into a first and a second space and has a leakage opening which connects the first space with the second space. In the second space a spring element is arranged, which biases the valve body in its second position, wherein the second space is connected via a leakage channel with a fluid reservoir. In this leakage channel, the switchable valve according to the invention, in particular the solenoid valve is provided, by means of which the leakage channel can be opened or closed. Also provided is a detection device, a property, such as a temperature, of the fluid detected and transmitted to a control device, which in turn is designed such that it closes the valve when reaching a predefined temperature and thus blocks the leakage channel. Detecting device and control device can of course also be combined in an expansion element. With the fluid supply system according to the invention can thus be provided in a structurally simple and cost-effective manner, a fast-switching bypass valve whose switching movement depends solely on the spring force of the spring element, the position of the valve and the pressure of the fluid in the first and second space. Compared to an expansion element while the valve can switch comparatively quickly and thus quickly influence the pressure prevailing in the second space pressure ratios, which in turn due to the example prevailing between the first and the second space pressure difference and the spring force rapid switching of the valve body and thus the bypass valve possible are. Of great advantage here is that to lock the leakage channel an already very small valve lift of the valve is sufficient, which can be accomplished by such a valve, since the leakage channel has a very small cross-section compared to the control channel. Thus, a large cross section of the control channel can be switched via the valve body of the bypass valve via the comparatively small actuating movement of the valve or its valve body.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist das Fluidversorgungssystem als Schmierstoffversorgungssystem, insbesondere als Ölversorgungssystem, ausgebildet. Besonders bei Ölfiltermodulen ist aufgrund der Zähigkeit des Öls im kalten Zustand eine Durchleitung desselben durch einen Ölkühler unbedingt zu vermeiden, weshalb das erfindungsgemäße Bypassventil hier in vorteilhafter Weise eingesetzt werden kann, um eine schnelle und effektive Schmierung, beispielsweise der Brennkraftmaschine oder anderer Lagerstellen, sowohl in kaltem, als auch in warmem Zustand zu bewirken. In an advantageous development of the solution according to the invention, the fluid supply system is designed as a lubricant supply system, in particular as an oil supply system. Due to the toughness of the oil in the cold state, a passage through the same by an oil cooler is absolutely to be avoided, which is why the bypass valve according to the invention can be used here in an advantageous manner in order to ensure fast and effective lubrication, for example of the internal combustion engine or other bearing points, both in cold as well as in a warm state.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung sind die Erfassungseinrichtung als Temperaturerfassungseinrichtung ausgebildet und die Steuerungseinrichtung derart, dass sie das Ventil bei Erreichen der Temperatur von T ≥ 117°C schließt. Bei einer Temperatur von T ≤ 117°C bleibt das Ventil hingegen offen, wodurch ein Leckagestrom zum Fluidreservoir, insbesondere zum Ölreservoir strömt und durch die Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Raum im Kontrollkanal der Ventilkörper des Bypassventils in seine erste Stellung, entgegen der Federkraft, gedrückt wird. Bei Erreichen der vordefinierten Temperatur von 117°C schließt das Ventil den Leckagekanal ab, so dass über diesen kein Fluidabfluss mehr in das Fluidreservoir erfolgen kann. Nach dem Absperren des Leckagekanals steigt der Druck im zweiten Raum an, bis dieser den Druck im ersten Raum erreicht, woraufhin lediglich noch die Federkraft des Federelements für die Verstellung des Ventilkörpers verantwortlich ist. Die beiden Drücke im ersten und zweiten Raum heben sich in diesem Fall auf. Aufgrund der Federkraft des Federelements wird der Ventilkörper des Bypassventils in seine zweite Stellung verstellt, in welcher der Bypasskanal zum Bypass geschlossen und der Fluidkanal zur Komponente geöffnet ist. In diesem Zustand wird somit der Fluidstrom über die Komponente geleitet. In a further advantageous embodiment of the solution according to the invention, the detection device are designed as a temperature detection device and the control device such that it closes the valve on reaching the temperature of T ≥ 117 ° C. At a temperature of T ≤ 117 ° C, however, the valve remains open, whereby a leakage current flows to the fluid reservoir, in particular to the oil reservoir and by the pressure difference between the first and the second space in the control channel of the valve body of the bypass valve in its first position, against the spring force , is pressed. When the predefined temperature of 117 ° C. is reached, the valve closes off the leakage channel so that no fluid drainage into the fluid reservoir can take place over it. After shutting off the leakage channel, the pressure in the second chamber increases until it reaches the pressure in the first space, whereupon only the spring force of the spring element is responsible for the adjustment of the valve body. The two pressures in the first and second space cancel each other out in this case. Due to the spring force of the spring element, the valve body of the bypass valve is adjusted to its second position, in which the bypass passage to the bypass is closed and the fluid passage to the component is opened. In this state, the fluid flow is thus passed over the component.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist der Ventilkörper als Ventilkolben ausgebildet, der eine mantelseitige erste Öffnung zum Bypasskanal und eine mantelseitige zweite Öffnung zur Komponente aufweist. Dies stellt lediglich eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventilkörpers dar, welche jedoch vergleichsweise einfach und kostengünstig herzustellen ist und zugleich vergleichsweise einfach die Druckverhältnisse im ersten und zweiten Raum ermöglicht. Hierzu ist beispielsweise die Leckageöffnung im Boden des Ventilkolbens angeordnet. In a further advantageous embodiment of the solution according to the invention, the valve body is designed as a valve piston, which has a shell-side first opening to the bypass channel and a shell-side second opening to the component. This represents only one possible embodiment of the valve body according to the invention, which, however, is comparatively simple and inexpensive to produce and at the same time enables comparatively simple pressure conditions in the first and second spaces. For this purpose, for example, the leakage opening in the bottom of the valve piston is arranged.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist der Ventilkolben oder der Ventilkörper selbst aus Metall oder aus Kunststoff ausgebildet, wobei eine Ausbildung aus Metall eine besonders hohe Beständigkeit auch gegenüber aggressiven Fluiden ermöglicht. Demgegenüber kann durch eine Ausbildung des Ventilkolbens/Ventilkörpers aus Kunststoff eine vergleichsweise kostengünstige Herstellung erreicht werden.In an advantageous embodiment of the solution according to the invention, the valve piston or the valve body itself is formed of metal or plastic, with a metal training allows a particularly high resistance to aggressive fluids. In contrast, can be achieved by forming the valve piston / valve body made of plastic, a relatively inexpensive production.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist das Ventil ein Magnetventil, einen elektrischen Schalter, ein Bimetall und/oder ein Dehnstoffelement auf oder ist als solches ausgebildet. Besonders die Ausführungsform als Magnetventil, als Bimetall oder als elektrischer Schalter ermöglicht ein vergleichsweise schnelles Schalten und damit ein schnelles Reagieren. In an advantageous development of the solution according to the invention, the valve has a solenoid valve, an electrical switch, a bimetal and / or an expansion element or is designed as such. Especially the embodiment as a solenoid valve, as a bimetal or as an electrical switch allows a comparatively fast switching and thus a quick reaction.
Zweckmäßig kann die Komponente als Kühler, Getriebe oder Filtereinrichtung ausgebildet sein. Bereits diese nicht abschließende Aufzählung lässt erahnen, welch mannigfaltige Einsatzmöglichkeiten für das erfindungsgemäße Fluidversorgungssystem, insbesondere bei einer Brennkraftmaschine gegeben sind. Suitably, the component may be formed as a radiator, transmission or filter device. Already this non-exhaustive enumeration gives an idea of the manifold possible uses for the fluid supply system according to the invention, in particular in an internal combustion engine.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention emerge from the subclaims, from the drawings and from the associated description of the figures with reference to the drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.
Dabei zeigen, jeweils schematischShow, each schematically
Entsprechend den
Betrachtet man den Kontrollkanal
Darüber hinaus weist das erfindungsgemäße Fluidversorgungssystem
Gemäß den
In den
Betrachtet man den Ventilkörper
Das erfindungsgemäße Fluidversorgungssystem
Bei einer Temperatur T < 117°C stellt sich die gemäß den
At a temperature T <117 ° C, according to the
Hierdurch verschiebt sich der Ventilkörper
Bei Erreichen der vordefinierten Temperatur T von ≥ 117°C, schaltet das Bypassventil
Da der Leckagekanal
Mit dem erfindungsgemäßen Bypassventil
Sofern das Ventil
Die in den
Mit dem erfindungsgemäßen Fluidversorgungssystem
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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